Виды разрушения и критерии работоспособности зубчатых передач

В процессе работы на зубья действуют силы передаваемой нагрузки и силы трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. Повторно-переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: их поломки и выкрашивания рабочих поверхностей. Трение в зацеплении вызывает изнашивание и заедание зубьев.

Поломка зубьев наиболее опасный вид разрушения, является следствием возникающих в зубьях напряжений изгиба и перегрузок. Усталостные трещины образуются у основания зуба на рабочей стороне. Прямые короткие зубья выламываются полностью, а длинные косые обламываются по косому сечению. Усталостную поломку предупреждают расчетом на прочность по напряжениям изгиба , применением коррекции, а также увеличением точности изготовления и монтажа передачи.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев – основной вид разрушения для большинства закрытых передач. Возникает вследствие действия повторно-переменных контактных напряжений . Разрушение начинается на ножке зуба в околополюсной зоне, где развивается наибольшая сила трения. На поверхности зубьев образовываются микротрещины. Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазочного материала, он приводит к выкрашиванию частиц поверхности и образованию мелких ямок. При этом нарушаются условия образования сплошной масляной пленки, что приводит к быстрому изнашиванию и задиру зубьев. Возрастают динамические нагрузки, шум, температура. При твердости поверхностей зубьев Н<350НВ может наблюдаться ограниченное выкрашивание, после приработки зубьев оно прекращается. Усталостное выкрашивание зубьев предупреждают расчетом на прочность по контактным напряжениям , повышением твердости зубьев, применением коррекции, повышением степени точности, правильным выбором сорта масла.

Изнашивание зубьев – основной вид разрушения открытых передач. По мере изнашивания зуб утончается, ослабляется его ножка, увеличиваются зазоры в зацеплении, что приводит к поломке зуба. Разрушению зубьев предшествует возникновение повышенного шума. Износ можно уменьшить защитой от попадания абразивных частиц, повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшением скольжения зубьев путем коррекции.

Заедание зубьев заключается в приваривании частиц одного зуба к другому вследствие местного повышения температур в зоне зацепления. Образовавшиеся наросты на зубьях задирают рабочие поверхности сопрягаемых зубьев. Заедание зубьев предупреждают повышением твердости и понижением шероховатостей рабочих поверхностей зубьев, применением коррекции, правильным подбором масла.

Рисунок 10 – Виды разрушения зубьев

Допускаемые напряжения

Контактная прочность рабочих поверхностей зубьев определяется в основном твердостью этих поверхностей.

Таблица 1 – Материалы группы 1

Параметр	При малой и средней мощности до 5,5 кВт
Шестерня	Колесо
Материал	Сталь 35, 40, 45, 40Х, 40ХН и др.
Термообработка	Улучшение	Нормализация или улучшение
Твердость

Допускаемое напряжение при числе циклов , , МПа	=	=

Таблица 2 – Материалы группы 2

	При средней мощности от 5,5 кВт до 7,5 кВт
Шестерня	Колесо
Материал	Сталь 40Х, 40ХН, 35ХМ и др.
Термообработка	Улучшение + закалка ТВЧ	Улучшение
Твердость

Допускаемое напряжение при числе циклов , , МПа		=
при m <3мм при m >3мм